考研筆記 《電力電子技術(shù)》（第5版）筆記和課后習(xí)題（含考研真題）詳解

王兆安主編的《電力電子技術(shù)》(第5版)是我國(guó)高校電氣工程廣泛采用的權(quán)威教材之一，也被眾多高校(包括科研機(jī)構(gòu))指定為考研考博專業(yè)課參考書目。為了幫助參加研究生入學(xué)考試指定參考書目為王兆安主編的《電力電子技術(shù)》(第5版)的考生復(fù)習(xí)專業(yè)課，我們精心編寫了王兆安《電力電子技術(shù)》(第5版)輔導(dǎo)用書(均提供免費(fèi)下載，免費(fèi)升級(jí)):1.王兆安《電力電子技術(shù)》(第5版)筆記和課后習(xí)題(含考研真題)詳解2.王兆安《電力電子技術(shù)》(第5版)配套題庫(kù)【名?？佳姓骖}+課后習(xí)題+章節(jié)題庫(kù)+本書是王兆安主編的《電力電子技術(shù)》(第5版)的配套電子書，主要包括以下內(nèi)容：(1)梳理知識(shí)脈絡(luò)，濃縮學(xué)科精華。本書每章的復(fù)習(xí)筆記均對(duì)該章的重難點(diǎn)進(jìn)行了整理，(2)詳解課后習(xí)題，鞏固重點(diǎn)難點(diǎn)。本書參考大量相關(guān)輔導(dǎo)資料，對(duì)王兆安主編的《電力電子技術(shù)》(第5版)的課后習(xí)題進(jìn)行了詳細(xì)的分析和解答，并對(duì)相關(guān)重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了延(3)精選考研真題，鞏固重難點(diǎn)知識(shí)。為了強(qiáng)化讀者對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的理解，本書精選了電(4)最新考研真題和答案，可免費(fèi)升級(jí)獲得。本書每年都會(huì)進(jìn)行修訂完善，補(bǔ)充最新的考理工類()提供全國(guó)各高校電氣工程專業(yè)考研考博輔導(dǎo)班【一對(duì)一輔導(dǎo)(面授/網(wǎng)授)、網(wǎng)授精講班等】、3D電子書、3D題庫(kù)(免費(fèi)下載，免費(fèi)升級(jí))、全套資料(歷年真題及答案、筆記講義等)、電氣工程類國(guó)內(nèi)外經(jīng)典教材名師講堂、考研教加研究生入學(xué)考試指定考研參考書目為王兆安主編的《電力電子技術(shù)》(第5版)的考生，1.互動(dòng)學(xué)習(xí)：搖一搖，找學(xué)友，交友學(xué)習(xí)兩不誤頻、語(yǔ)音等形式),交友學(xué)習(xí)兩不誤；學(xué)習(xí)圈內(nèi)有學(xué)霸解答本書學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，并配有專職2.720度立體旋轉(zhuǎn)：好用好玩的全新學(xué)習(xí)體驗(yàn)3.質(zhì)量保證：每本電子書都經(jīng)過(guò)圖書編輯隊(duì)伍多次反復(fù)修改，年年升級(jí)4.手機(jī)掃碼即可閱讀，精彩內(nèi)容，輕松分享掃碼即可在手機(jī)閱讀，隨處隨學(xué)。可以不用客5.免費(fèi)升級(jí)：更新并完善內(nèi)容，終身免費(fèi)升級(jí)6.功能強(qiáng)大：記錄筆記、答案遮擋等十大功能(1)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)列舉——相同知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容列表呈現(xiàn)，便于讀者記憶和復(fù)習(xí)，舉一反三，觸(2)劃線添加筆記——使用顏色筆工具，劃一條線，寫筆記，提交糾錯(cuò)?！惊?dú)家推出】(3)答案遮擋先看題后看答案，學(xué)習(xí)效果好?！惊?dú)家推出】(4)全文檢索輸入關(guān)鍵詞，本書相關(guān)內(nèi)容一覽無(wú)余。【獨(dú)家推出】7.多端并用：電腦手機(jī)平板等多平臺(tái)同步使用本書一次購(gòu)買，多端并用，可以在PC端(在線和下載)、手機(jī)(安卓和蘋果)、平板(安卓和蘋果)等多平臺(tái)同步使用。同一本書，使用不同終端登錄，()是一家為全國(guó)各類考試和專業(yè)課學(xué)習(xí)提供輔導(dǎo)方案【保過(guò)班、網(wǎng)授班、3D電子書、3D題庫(kù)】的綜合性學(xué)習(xí)型視頻學(xué)習(xí)網(wǎng)站，擁有近100種考試(含418個(gè)考試科目)、194種經(jīng)典教材(含英語(yǔ)、經(jīng)濟(jì)、管理、證券、金融等共16大類),合計(jì)近萬(wàn)小時(shí)的面授班、網(wǎng)授如您在購(gòu)買、使用中有任何疑問(wèn)，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們，我們將竭誠(chéng)為您服務(wù)!全國(guó)熱線：(8:30-00:30)詳情訪問(wèn)：http://(理工類)第1部分復(fù)習(xí)筆記和課后習(xí)題詳解1.2課后習(xí)題詳解第2章電力電子器件2.1復(fù)習(xí)筆記2.2課后習(xí)題詳解3.1復(fù)習(xí)筆記3.2課后習(xí)題詳解4.1復(fù)習(xí)筆記4.2課后習(xí)題詳解第5章直流一直流變流電路5.1復(fù)習(xí)筆記第6章交流一交流變流電路第7章PWM控制技術(shù)第8章軟開(kāi)關(guān)技術(shù)第9章電力電子器件應(yīng)用的共性問(wèn)題第10章電力電子技術(shù)的應(yīng)用第2部分考研真題及詳解第1部分復(fù)習(xí)筆記和課后習(xí)題詳解4.電力變換(1)電力變換的種類交流(AC)直流(DC)直流(DC)交流(AC)交流電力控制。變鞭、變相①交流變直流(AC—DC):整流；②直流變交流(DC—AC):逆變；③直流變直流(DC—DC):直流斬波；④交流變交流(AC—AC):可以是電壓或電力的變換，稱為交流電力控制，也可以是頻率(2)變流技術(shù)5.電力電子技術(shù)和電子學(xué)的關(guān)系(1)二者都包括器件制造和電路部分；(2)電子器件制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)(都是基于半導(dǎo)體理論)是一樣的，均為半導(dǎo)體物理和(3)理論基礎(chǔ)均為電路理論；(4)二者應(yīng)用目的不同。電力電子技術(shù)用于電力變換和控制，電子技術(shù)用于信息處理；(5)在電力電子技術(shù)中器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，信息電子技術(shù)中器件即可工作在放大狀態(tài)，6.電力電子技術(shù)與控制理論的關(guān)系(1)控制理論廣泛應(yīng)用于電力裝置和系統(tǒng)中；(2)電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，控制理論是弱電控制強(qiáng)電的紐帶；(3)電力電子裝置是自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和支撐技術(shù)。7.電力電子學(xué)和電力學(xué)的關(guān)系(1)電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中。(2)電氣工程是一個(gè)一級(jí)學(xué)科，它包含了五個(gè)二級(jí)學(xué)科：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、電機(jī)與電(3)電力電子技術(shù)與其他幾個(gè)二級(jí)學(xué)科關(guān)系密切，其他幾個(gè)二級(jí)學(xué)科的發(fā)展都有賴于電力圖1-2電氣工程的雙三角形描述圖1-3電力電子技術(shù)的發(fā)展史1.發(fā)展概述(1)1904年出現(xiàn)了電子管，能在真空中對(duì)電子流進(jìn)行控制，開(kāi)啟電子技術(shù)用于電力領(lǐng)域的(2)20世紀(jì)30年代到50年代，水銀整流器發(fā)展迅速并大量應(yīng)用；(3)1947年，晶體管誕生，引發(fā)電子技術(shù)革命；(4)1957年美國(guó)通用電氣公司研制出第一個(gè)晶閘管，標(biāo)志電力電子技術(shù)誕生；(5)20世紀(jì)70年代后期，以門極可關(guān)斷晶閘管、電力雙極性晶體管和電力場(chǎng)效應(yīng)管為代(6)20世紀(jì)80年代后期，以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)為代表的復(fù)合型器件迅速發(fā)展；(7)目前，除以電力電子集成電路(PIC)為代表的單片集成技術(shù)外，電力電子集成技術(shù)2.存在問(wèn)題熱隔離(主電路發(fā)熱嚴(yán)重)、電磁干擾(開(kāi)關(guān)器件通斷高壓大電流，與控制電路處于同一芯片)等幾大難題。(1)概念1.一般工業(yè)(1)電力傳動(dòng)(2)電化學(xué)工業(yè)(3)冶金工業(yè)2.交通運(yùn)輸(2)直流斬波器(5)船用電源(6)航空電源3.電力系統(tǒng)(2)柔性交流輸電技術(shù)(FACTS)(4)配電系統(tǒng)(5)變電所4.電子裝置用電源5.家用電器(1)電力電子照明(2)變頻空調(diào)器6.其他(1)航空航天(2)電力(3)核聚變反應(yīng)裝置第2章電力電子器件(2)電力電子器件工作特性③電力電子器件需要一定的中間電路(驅(qū)動(dòng)電路)對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?；a.導(dǎo)通時(shí)器件上有一定的通態(tài)壓降，阻斷時(shí)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過(guò)，就形成了電b.在電力電子器件由斷態(tài)轉(zhuǎn)為通態(tài)(開(kāi)通過(guò)程)或者由通態(tài)轉(zhuǎn)為斷態(tài)(關(guān)斷過(guò)程)的轉(zhuǎn)換2.應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成(1)組成圖2-1電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成(2)電氣隔離(3)保護(hù)電路3.電力電子器件的分類(1)按照電力電子器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度a.概念：通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷的電力電b.舉例：主要是指晶閘管及其大部分派生器件。c.開(kāi)關(guān)控制：由其在主電路中承受的電壓和電流決定。a.概念：通過(guò)控制信號(hào)既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)斷的電力電子器件。b.舉例：絕緣柵雙極晶體管和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管。c.開(kāi)關(guān)控制：可以由控制信號(hào)控制其關(guān)斷。a.概念：不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷的電力電子器件，因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路，又被b.舉例：電力二極管。(2)按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)(3)按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形(電力二極管除外)(4)按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況①單極型器件(又稱多子器件):由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。②雙極型器件(又稱少子器件):由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。③復(fù)合型器件(又稱混合型器件):由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。1.電力二極管簡(jiǎn)介(1)組成(2)外形圖2-2電力二極管的外形、基本結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)2.電力二極管的工作原理①組成：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成PN結(jié)。(2)PN結(jié)的單向?qū)щ娦寓貾N結(jié)正向?qū)ǎ寒?dāng)PN結(jié)外加正向電壓(正向偏置),多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于少子的漂移運(yùn)動(dòng)，形成擴(kuò)散電流，在外電路上則形成自P區(qū)流入N區(qū)流出的電流，稱為正向電流年。②PN結(jié)反向截止：當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)(反向偏置),少子的漂移運(yùn)動(dòng)大于多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流，在外電路上則形成自N區(qū)流人而從P區(qū)流出的電流，稱為反向電一般僅為微安數(shù)量級(jí)，因此反向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為高阻態(tài)，被稱為反向截止?fàn)顟B(tài)。(3)PN結(jié)反向擊穿增大，破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)，這就叫反向擊穿。(4)電力二極管與信息電子電路二極管區(qū)別圖2-4電力二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖其阻值較高且為常量，因而管壓降隨正向電流的上升而增加；當(dāng)PN結(jié)上流過(guò)的正向電流較b.分類：按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢(shì)壘電容「和擴(kuò)散電容c.影響：結(jié)電容影響工作頻率，特別是高速開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，可能使單向?qū)щ娦宰儾睢?.電力二極管的基本特性(1)靜態(tài)特性①當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值(門檻電壓Uro),正向電流才開(kāi)始明顯增加，圖2-5電力二極管的伏安特性(2)動(dòng)態(tài)特性a.正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置b.零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置圖2-6電力二極管的動(dòng)態(tài)過(guò)程波形在關(guān)斷之前有較大反向電流出現(xiàn)，及明顯反向電壓過(guò)沖。原因是載流PN結(jié)反向恢復(fù)時(shí)因引線電感而產(chǎn)生高電壓。b.相關(guān)概念電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值。這一動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間被稱為正向恢復(fù)時(shí)間。b.出現(xiàn)電壓過(guò)沖的原因第二，正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，越高。4.電力二極管的主要參數(shù)(1)正向平均電流一①概念：指電力二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，在指定的管殼溫度(簡(jiǎn)稱殼溫，用罪表示)和散熱條件(2)正向壓降(3)反向重復(fù)峰值電壓一(4)最高工作結(jié)溫概念：指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度，用E表示。(5)反向恢復(fù)時(shí)間(6)浪涌電流店5.電力二極管的主要類型(1)普通二極管②應(yīng)用：多用于開(kāi)關(guān)頻率不高(1kHz以下)的整流電路中。(2)快恢復(fù)二極管②快恢復(fù)外延二極管：采用外延型PiN結(jié)構(gòu)，其反向恢復(fù)時(shí)間更短(可低于50ns),正向壓降也很低(0.9V左右)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100ns以下，甚至達(dá)到20～30ns。(3)肖特基二極管②優(yōu)點(diǎn)：屬于多子器件，反向恢復(fù)時(shí)間很短(10～40ns),正向恢復(fù)過(guò)程中也不會(huì)有明顯的1.晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理(1)晶閘管結(jié)構(gòu)②引出陽(yáng)極A、陰極K和門極(控制端)G三個(gè)連接端；③內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，分別命名為=區(qū)。a.外形b.結(jié)構(gòu)c.電氣圖形符號(hào)圖2-7晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)(2)晶閘管工作原理a.晶體管的特性：在低發(fā)射極電流下α是很小的，當(dāng)發(fā)射極電b.在晶體管阻斷狀態(tài)下，,≥B=很小，此時(shí)流過(guò)c.如果注入觸發(fā)電流使各個(gè)晶體管的發(fā)射極電流增大以致于1,流過(guò)晶閘管的電流(陽(yáng)極電流)將趨近于無(wú)窮大，從而實(shí)現(xiàn)器件飽和導(dǎo)通。d.由于外電路負(fù)載的限制，維持有限值。(3)導(dǎo)通過(guò)程外電路向門極注入電流→產(chǎn)生集電極電流日→放大成集電極電流F→進(jìn)一步增大-F的(4)其他觸發(fā)導(dǎo)通情況a.雙晶體管模型b.工作原理圖2-8晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理2.晶閘管的基本特性(1)靜態(tài)特性a.當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通；b.當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開(kāi)通；c.晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持d.若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降a.當(dāng)時(shí)，如果在器件兩端施加正向電壓，則晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，只有很小的b.如果正向電壓超過(guò)臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓-店，漏電流急劇增大，器件開(kāi)通；d.如果門極電流為零，并且陽(yáng)極電流降至接近于零的某一數(shù)值以下，則晶閘管又回到正c.當(dāng)反向電壓超過(guò)一定限度，到反向擊穿電壓后，外電路如無(wú)限制措施，則反向漏電流急圖2-9晶閘管的伏安特性(IG?>IGi>Ig)(2)動(dòng)態(tài)特性a.由于晶閘管內(nèi)部的正反饋過(guò)程需要時(shí)間和外電路電感的限制，晶閘管受到觸發(fā)后，其陽(yáng)b.延遲時(shí)間ta:從門極電流階躍時(shí)刻開(kāi)始到陽(yáng)極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%,隨門極電流的c.上升時(shí)間t:陽(yáng)極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間，反映晶閘管本身特性，d.開(kāi)通時(shí)間tg:為延遲時(shí)間與上升時(shí)間和。圖2-10晶閘管的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程波形a.由于外電路電感的存在，原處于導(dǎo)通狀態(tài)b.反向阻斷恢復(fù)時(shí)間：正向電流降為零到反向恢復(fù)電流衰減至接近于零的時(shí)間；c.正向阻斷恢復(fù)時(shí)間白：晶閘管恢復(fù)正向電壓阻斷能力的時(shí)間；d.電路換向關(guān)斷時(shí)間匡：反向阻斷恢復(fù)時(shí)間與正向阻斷恢復(fù)時(shí)間的和；e.在正向阻斷恢復(fù)時(shí)間內(nèi)，如果重新對(duì)晶閘管施加正向電壓，晶閘管會(huì)重新正向?qū)?，?.晶閘管的主要參數(shù)(1)電壓定額①斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRMa.在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓；b.規(guī)定斷態(tài)重復(fù)峰值電壓一為斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓(即斷態(tài)最大瞬時(shí)電壓)的90%;c.斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓應(yīng)低于正向轉(zhuǎn)折電。②反向重復(fù)峰值電壓a.在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。b.規(guī)定反向重復(fù)峰值電壓一底為反向不重復(fù)峰值電壓(即反向最大瞬態(tài)電壓)的90%,b.取晶閘管的一廣和一底中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。(2)電流定額a.晶閘管在環(huán)境溫度為40℃和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)所允許流過(guò)b.按照正向電流造成的器件本身的通態(tài)損耗的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的；c.取其通態(tài)平均電流為按此原則所得計(jì)算結(jié)果的1.5～2倍。a.維持電流是指使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最b.結(jié)溫越高，則越小。③擎住電流-Fb.約為的2～4倍。④浪涌電流-(3)動(dòng)態(tài)參數(shù)①斷態(tài)電壓臨界上升率du/dta.在額定結(jié)溫和門極開(kāi)路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升b.如果電壓上升率過(guò)大，使充電電流足夠大，就會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。②通態(tài)電流臨界上升率di/dta.在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無(wú)有害影響的最大通態(tài)電流b.如果電流上升太快，可能造成局部過(guò)熱而使晶閘管損壞。4.晶閘管的派生器件(1)快速晶閘管②特點(diǎn)a.快速晶閘管的開(kāi)關(guān)時(shí)間以及du/dt和di/dt的耐量都有了明顯改善；d.由于工作頻率較高，選擇通態(tài)平均電流時(shí)不能忽略其開(kāi)關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。(2)雙向晶閘管一對(duì)反并聯(lián)聯(lián)結(jié)的普通晶閘管的集成，有兩個(gè)主電極-和，一個(gè)門極G。②特點(diǎn)b.通常用在交流電路中，用有效值來(lái)表示其額定電流值。a.電氣圖形符號(hào)b.伏安特性圖2-11雙向晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性(3)逆導(dǎo)晶閘管②特點(diǎn)b.正向壓降小、關(guān)斷時(shí)間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點(diǎn)，可用于不需要阻斷反向電a.電氣圖形符號(hào)b.伏安特性圖2-12逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性(4)光控晶閘管a.電氣圖形符號(hào)b.伏安特性圖2-13光控晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性1.門極可關(guān)斷晶閘管(1)GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理a.PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部也是引出陽(yáng)極、陰極和門極。b.多元的功率集成器件。內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小GTO元，這些GTO元的a.各單元的陰極、門極間隔排列的圖形b.并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖c.電氣圖形符號(hào)a.二三是器件臨界導(dǎo)通的條件；c.當(dāng)，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。a.年較大，使晶體管控制靈敏，GTO易于關(guān)斷；b.導(dǎo)通時(shí)的一更接近1,導(dǎo)通時(shí)接近于臨界飽和，有利于門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時(shí)管c.多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè)GTO元陰極面積很小，門極和陰極間的距離大為縮短，使得基區(qū)發(fā)射極電流「和罪的減小使時(shí)，器件退出飽和而關(guān)斷；e.多元集成結(jié)構(gòu)使其比普通晶閘管開(kāi)通過(guò)程更快，承受di/dt的能力更強(qiáng)。(2)GTO的動(dòng)態(tài)特性a.儲(chǔ)存時(shí)間作：抽取飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子的時(shí)間，門極負(fù)脈沖電流負(fù)值越大，前b.下降時(shí)間：等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，陽(yáng)極電流逐漸減小時(shí)間；c.尾部時(shí)間乍：殘存載流子復(fù)合所需時(shí)間，使門極負(fù)脈沖的后沿緩慢衰減，在t?階段仍能(3)GTO的主要參數(shù)①最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流用來(lái)標(biāo)稱GTO額定電流的參數(shù)a.最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值-F之比稱為電流關(guān)斷增益；注意：不少GTO都制造成逆導(dǎo)型，類似于逆導(dǎo)晶閘管。當(dāng)需要承受反向電壓時(shí)，應(yīng)和電力2.電力晶體管(1)GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理①GTR的結(jié)構(gòu)b.GTR由三層半導(dǎo)體(分別引出集電極、基極和發(fā)射極)形成的兩個(gè)PN結(jié)(集電結(jié)和發(fā)射結(jié))構(gòu)成，多采用NPN結(jié)構(gòu)。②GTR工作原理a.特點(diǎn)b.采用共發(fā)射極接法，集電極電流F與基極電流F之比為，β稱為GTR的電流放大c.考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流-=時(shí)，=和∈的關(guān)系為B。(2)GTR的基本特性—靜態(tài)特性圖2-17共發(fā)射極接法時(shí)GTR的輸出特性(3)GTR的基本特性—?jiǎng)討B(tài)特性a.需要經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間和上升時(shí)間回，二者之和為開(kāi)通時(shí)間年；b.增大基極驅(qū)動(dòng)電流幅值并增大一，可縮短延遲時(shí)間和上升時(shí)間，從而加快開(kāi)通過(guò)a.需要經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存時(shí)間「和下降時(shí)間巨，二者之和為關(guān)斷時(shí)間底；b.減小導(dǎo)通時(shí)的飽和深度以減小儲(chǔ)存載流子，或增大基極抽取負(fù)電流F幅值和負(fù)偏壓，可縮短儲(chǔ)存時(shí)間，從而加快關(guān)斷速度；c.開(kāi)關(guān)時(shí)間短。圖2-18GTR的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的電流波形(4)GTR的主要參數(shù)①電流放大倍數(shù)β、直流電流增益、集電極與發(fā)射極間漏電流面、集電極和發(fā)射極間飽和壓降-底、開(kāi)通時(shí)間F和關(guān)斷時(shí)間廠；②最高工作電壓a.所加電壓超過(guò)規(guī)定值會(huì)發(fā)生擊穿，擊穿電壓與本身特性和外電路接法有關(guān)；b.發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電極和基極間的反向擊穿電壓同；基極開(kāi)路時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓同；發(fā)射極與基極間用電阻連接或短路連接時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓同和，以及發(fā)射結(jié)反向偏置時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓一同，這些擊穿電壓之間的c.GTR最高工作電壓要比后低得多。③集電極最大允許電流規(guī)定直流電流放大系數(shù)-廠下降到規(guī)定值的1/2~1/3時(shí)，所對(duì)應(yīng)的為集電極最大允許電流。④集電極最大耗散功率-自在最高工作溫度下允許的耗散功率。(5)GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)①一次擊穿GTR的集電極電壓升高至前面所述的擊穿電壓，集電極電流迅速增大，這種首先出現(xiàn)雪崩擊穿，被稱為一次擊穿。②二次擊穿一次擊穿發(fā)生時(shí)若不限制電流，增大到臨界點(diǎn)時(shí)會(huì)急劇上升，同時(shí)伴隨著電壓陡然下降，出現(xiàn)二次擊穿。③一次擊穿GTR不會(huì)損壞，二次擊穿導(dǎo)致永久損壞。a.將不同基極電流下二次擊穿的臨界點(diǎn)連接起來(lái)，就構(gòu)成了二次擊穿臨界線；b.GTR工作時(shí)不僅不能超過(guò)最高電壓-集電極最大電流-和最大耗散功率莊，也不能3.電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(1)電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管分類結(jié)型和絕緣柵型，主要指絕緣柵型中MOS型。(2)電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理a.按導(dǎo)電溝道分類：P溝道和N溝道；b.柵極電壓為零時(shí)漏源極之間存在導(dǎo)電溝道稱為耗盡型，柵極電壓大于(小于)零時(shí)存在c.按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，分為利用V形槽實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET。②電力MOSFET結(jié)構(gòu)b.小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?，電力MOSFET采用了垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，提高了耐壓和耐c.多元集成結(jié)構(gòu)，一個(gè)器件由許多個(gè)小MOSFET元組成。③電力MOSFET特點(diǎn)a.是用柵極電壓來(lái)控制漏極電流的，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)b.開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高；c.熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR;d.電流容量小，耐壓低，多用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置。a.截止成的PN結(jié)J?反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)。如果在柵極和源極之間加一正電壓底，正電壓卻會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開(kāi)，而將P區(qū)中的少子—電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。當(dāng)大于某一電壓值作時(shí)，從而使P型半導(dǎo)體反型而成N型半導(dǎo)體成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)消失，漏極和源極(3)電力MOSFET的基本特性—靜態(tài)特性a.漏極直流電流「和柵源間電壓莊的關(guān)系反映了輸入電壓和輸出電流的關(guān)系；b.F較大時(shí)，與-F的關(guān)系近似線性，曲線的斜率被定義為MOSFET的跨導(dǎo)Fc.電壓控制型器件，其輸入阻抗極高，輸入電流a.截止區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū))、飽和區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū))、非飽和區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的飽和區(qū))三個(gè)區(qū)域；b.飽和是指漏源電壓增加時(shí)漏極電流不再增加，非飽和是指漏源電壓增加時(shí)漏極電流相應(yīng)c.工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。③電力MOSFET本身結(jié)構(gòu)使其漏極和源極之間形成了一個(gè)與MOSFET反向并聯(lián)的寄生二極管④電力MOSFET的通態(tài)電阻-廠具有正溫度系數(shù)，這一點(diǎn)對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。圖2-20電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性(4)電力MOSFET的基本特性—?jiǎng)討B(tài)特性a.電流上升時(shí)間：漏極電流E從零上升到穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間；b.電壓下降時(shí)間：漏極電壓回下降的時(shí)間；a.與其開(kāi)通過(guò)程順序相反而且電壓和電流變化趨勢(shì)也相反b.關(guān)斷延遲時(shí)問(wèn)>同、電壓上升時(shí)間、電流下降時(shí)間屋；③開(kāi)關(guān)速度和其輸入的電容的充放電有很大關(guān)系，可以降低柵極驅(qū)動(dòng)電路的內(nèi)阻Rs,從而④不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)，其關(guān)斷迅速，開(kāi)關(guān)時(shí)間在10～100ns之間，工作頻率達(dá)100kHz以上⑤開(kāi)關(guān)過(guò)程需要對(duì)輸入電容充電，需要一定驅(qū)動(dòng)功率，開(kāi)關(guān)頻率越(5)電力MOSFET的主要參數(shù)①跨導(dǎo)仁、開(kāi)啟電壓作以及開(kāi)關(guān)過(guò)程中的各時(shí)間參數(shù)③漏極直流電流后和漏極脈沖電流幅值④柵源電壓后注意：漏源間的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力MOSFET的安全工作4.絕緣柵雙極晶體管①GTR和GTO的特點(diǎn)(1)IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理a.IGBT也是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E;b.由N溝道VDMOSFET與雙極型晶體管組合而成的IGBT比VDMOSFE區(qū)，因而形成了一個(gè)大面積的P+N結(jié)J?。這樣使得IGBT導(dǎo)通時(shí)由P+注入?yún)^(qū)向N漂移區(qū)發(fā)c.IGBT是用GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNPa.IGBT的驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，是場(chǎng)控器件，開(kāi)通和關(guān)斷由柵極和發(fā)射極c.通態(tài)壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，這樣高耐壓的IGBT的通態(tài)壓降減小；(2)IGBT的基本特性—靜態(tài)特性a.集電極電流與柵射極電壓的關(guān)系b.開(kāi)啟電壓UCE(h)是IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓，隨溫度升高而略有下降②輸出特性(伏安特性)a.描述以柵射電壓為參考變量時(shí)，集電極電流雇與集射極間電壓雇之間的關(guān)系；b.分為三個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)；d.在電力電子電路中，IGBT工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間轉(zhuǎn)換。(3)IGBT的基本特性—?jiǎng)討B(tài)特性a.開(kāi)通延遲時(shí)間>:從驅(qū)動(dòng)電壓2后的前沿上升至其幅值的10%的時(shí)刻，到集電極電流E上升至其幅值的10%的時(shí)間；b.電流上升時(shí)間作：作從>上升至>所需時(shí)間；c.集射電壓作的下降過(guò)程住分為仁和宣兩段。前者為IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓d.開(kāi)通時(shí)間三：開(kāi)通延遲時(shí)間與電流上升時(shí)間及電壓下降時(shí)間之和。a.關(guān)斷延遲時(shí)間2畝：從驅(qū)動(dòng)電壓>后的脈沖后沿下降到其幅值的90%的時(shí)刻起，到集射電壓UcE上升至幅值的10%;b.電流下降時(shí)間：集電極電流從90%匡下降至10%三的時(shí)間；c.引入少子儲(chǔ)存現(xiàn)象，IGBT的開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSd.關(guān)斷時(shí)間后：關(guān)斷延遲時(shí)間、電壓上升時(shí)間和電流下降時(shí)間之和。(4)IGBT的主要參數(shù)①最大集射極間電壓>后這是由器件內(nèi)部的PNP晶體管所能承受的擊穿電壓確定的。包括額定直流電流但和1ms脈寬最大電流道。③最大集電極功耗后(5)IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)③通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域；(6)IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)①IGBT的擎住效應(yīng)(自鎖效應(yīng))該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對(duì)2施加正偏壓。在額定集電極電流范圍內(nèi)，這個(gè)偏壓很小，不足以使E開(kāi)通，然而一旦應(yīng)開(kāi)通，柵極就會(huì)失去對(duì)集電極電流的控制，導(dǎo)致集電極電流a.正向偏置安全工作區(qū)b.反向偏置安全工作區(qū)根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率duce/dt,可以確定IGBT1.MOS控制晶閘管MCT(1)概念將MOSFET與晶閘管組合而成的復(fù)合型器件。(2)組成一個(gè)MCT器件由數(shù)以萬(wàn)計(jì)的MCT元組成，每個(gè)元的組成為：一個(gè)PNPN晶閘管，一個(gè)控制該晶閘管開(kāi)通的MOSFET和一個(gè)控制該晶閘管關(guān)斷的MOSFET。(3)特點(diǎn)(1)概念構(gòu)，即可制成大功率的SIT器件。(2)特點(diǎn)①一種多子導(dǎo)電的器件，其工作頻率與電力MOSFET相當(dāng)，甚至更高，功率容量更大，適3.靜電感應(yīng)晶閘管SITH(1)概念在SIT的漏極層上附加一層與漏極層導(dǎo)電類型不同的發(fā)射極層而得到，可以看作是SIT與(2)特點(diǎn)4.集成門極換流晶閘管IGCT(1)概念將一個(gè)平板型的GTO與由很多個(gè)并聯(lián)的電力MOSFET器件和其他輔助元件組成的GTO門(2)特點(diǎn)①結(jié)合了IGBT與GTO的優(yōu)點(diǎn)，容量與普通GTO相當(dāng)，開(kāi)關(guān)速度快10倍；5.基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的電力電子器件(1)概念硅的禁帶寬度為1.12電子伏特，寬禁帶半導(dǎo)體材料是指禁帶寬度在3.0(2)特點(diǎn)1.基本概念(1)20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始，模塊化趨勢(shì)，將多個(gè)器件封裝在一個(gè)模塊中，稱為功率(2)可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性；(3)對(duì)工作頻率高的電路，可大大減小線路電感，簡(jiǎn)化對(duì)保護(hù)和緩沖電路的要求；2.實(shí)際應(yīng)用電路(1)高壓集成電路：橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成；(2)智能功率集成電路：縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成；3.發(fā)展現(xiàn)狀(1)功率集成電路主要技術(shù)難點(diǎn)：高低壓電路之間的絕緣問(wèn)題以及溫升和散熱的處理；(2)以前功率集成電路的開(kāi)發(fā)和研究主要在中小功率應(yīng)用場(chǎng)合，職能功率模塊在一定程度(3)功率集成電路實(shí)現(xiàn)了電能和信息的集成，成為機(jī)電一體的理想接口。(3)功率集成電路實(shí)現(xiàn)了電能和信息的集成，成為機(jī)電一體的理想接口。1.與信息電子電路中的二極管相比，電力二極管具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)才使得它具有耐受高(1)電力二極管大都是垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，而信息電子電路中的二極管一般是橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)。(2)電力二極管在P區(qū)和N區(qū)之間多了一層低摻雜N區(qū)，由于摻雜濃度低，低摻雜N區(qū)就可以承受很高的電壓而不致被擊穿，因此低摻雜N區(qū)越厚，電力二極管能夠承受的反向(3)電力二極管的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得電力二極管在正向電流較大時(shí)壓降仍然很低。2.使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么?3.維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么?怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷?答：(1)維持晶閘管導(dǎo)通的條件為：(2)使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷的方法：4.圖2-1中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的電流最大值均為，試圖2-1晶閘管導(dǎo)電波形5.上題中如果不考慮安全裕量，問(wèn)100A的晶閘管能送出平均電流>E二各為多少?這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值>e二各為多少?解：額定電流IT(AV=100A的晶閘管，允許的電流有效值I=157A,由上題計(jì)算結(jié)果知6.GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，為什么GTO能夠自關(guān)斷，而普通晶閘管不能?(1)在設(shè)計(jì)器件時(shí)使得三較大，這樣晶體管「控制靈敏，使得GTO易于關(guān)斷；(2)使得導(dǎo)通時(shí)的更接近于1,這樣使GTO導(dǎo)通時(shí)飽和程度不深，更接近于臨界(3)多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè)GTO元陰極面積很小，門極和陰極間的距離大為縮短，使得P27.與信息電子電路中的MOSFET相比，電力MOSFET具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)才具有耐受高(1)垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)：源極和漏極位于基區(qū)兩側(cè)，基區(qū)面積大，可增大電流容量；(3)漏極安裝于硅片底部，可提高耐壓特性。8.試分析IGBT和電力MOSFET在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和開(kāi)關(guān)特性上的相似與不同之處。答：IGBT和電力MOSFET在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和開(kāi)關(guān)特性上的比較分析(1)相似處：IGBT的驅(qū)動(dòng)原理和MOSFET基本相同，是一種場(chǎng)控器件。只需控制輸入極N-溝道MOSFET,所以具有高輸入阻抗特性。當(dāng)MOSFET的溝道形成后，從P+基極注入到N-層的空穴，對(duì)N-層進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減小N-層的電阻，使IGBT在高電壓時(shí)，也具有低的通態(tài)(2)不同處：IGBT比電力MOSFET在背面多一個(gè)P+注入?yún)^(qū)，IGBT開(kāi)關(guān)速度小，開(kāi)關(guān)損耗少具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小。開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFET。電力MOSFET開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好。所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿問(wèn)題。9.試列舉典型的寬禁帶半導(dǎo)體材料。基于這些寬禁帶半導(dǎo)體材料的電力電子器件在哪些方面性能優(yōu)于硅器件?答：(1)典型的寬禁帶半導(dǎo)體材料有：金剛石、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等。(2)基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的電力電子器件在以下性能方面優(yōu)于硅器件：①具有更高的耐受高電壓的能力；②低得多的通態(tài)電阻；③更好的導(dǎo)熱性能和熱穩(wěn)定性；④更強(qiáng)的耐受高溫和射線輻射的能力。10.試分析電力電子集成技術(shù)可以帶來(lái)哪些益處。功率集成電路與集成電力電子模塊實(shí)現(xiàn)集成的思路有何不同?答：(1)電力電子集成技術(shù)可以帶來(lái)的益處有：①縮小裝置體積；②降低成本；③提高可靠性；④更重要的是，對(duì)工作頻率較高的電路，還可以大大減小線路電感，從而簡(jiǎn)化對(duì)保護(hù)和緩沖電路的要求。(2)功率集成電路與集成電力電子模塊實(shí)現(xiàn)集成的思路的不同之處為：①功率集成電路是將電力電子器件與邏輯、控制、保護(hù)、傳感、檢測(cè)、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上；②集成電力電子模塊是將電力電子器件與其控制、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)等所有信息電子電路封裝在一11.試列舉你所知道的電力電子器件，并從不同的角度對(duì)這些電力電子器件進(jìn)行分類。目前常用的全控型電力電子器件有哪些?答：(1)電力電子器件分類：①按能被控制電路信號(hào)控制的程度可以分為：a.半控型器件；b.全控型器件；c.不可控器件。②按加在電力電子器件控制端和公共端間信號(hào)的性質(zhì)可以分為：a.電流驅(qū)動(dòng)型；b.電壓驅(qū)動(dòng)型。③按電力電子器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況可以分為：a.單極型器件：只有一種載流子參與導(dǎo)電；b.雙極型器件：有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電；c.復(fù)合型器件：由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。(2)目前常用的全控型電力電子器件有：①門極可關(guān)斷晶閘管(GTO);②電力晶閘管(GTR);③電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET);④絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。1.單相半波可控整流電路(1)帶電阻負(fù)載的工作情況圖3-1單相半波可控整流電路及波形a.變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用；b.電阻負(fù)載特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同。a.觸發(fā)延遲角：從晶閘管開(kāi)始承受正向陽(yáng)極電壓起，到施加觸發(fā)脈沖止的電角度稱為觸發(fā)c.移相：改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻，即改變控制角α大小；e.移相范圍：改變控制角大小使輸出整流電壓的平均值從最大值降到最小值，控制焦的變a.直流輸出電壓平均值b.直流輸出電流c.輸出電壓、電流有效值a.時(shí)，整流輸出電壓平均值為最大，用udo加表示，L;(2)帶阻感負(fù)載的工作情況圖3-2帶阻感負(fù)載的單相半波可控整流電路及其波形b.器件的每種狀態(tài)對(duì)應(yīng)于一種線性電路拓?fù)洹.當(dāng)VT處于斷態(tài)時(shí)，相當(dāng)于電路在VT處斷;b.當(dāng)VT處于通態(tài)時(shí)，相當(dāng)于VT短路；d.若α為定值，作越大，則L儲(chǔ)能越多，VT維持導(dǎo)通的時(shí)間越長(zhǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)負(fù)向電壓所占的比例越大，電壓平均值越小，當(dāng)輸出電壓正負(fù)面積相等時(shí)，平均電壓為0。a.VT處于關(guān)斷狀態(tài)b.VT處于導(dǎo)通狀態(tài)圖3-3單相半波可控整流電路的分段線性等效電路VT處于通態(tài)時(shí)初始條件：在VT導(dǎo)通時(shí)刻，有圖3-4單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形b.L儲(chǔ)存的能量保證了電流ia在二二回路中流通，此過(guò)程通常稱為續(xù)流。a.晶閘管電流平均值IavT和有效值IvTb.續(xù)流二極管的電流平均值一三和有效值IvDR分別為(3)單相半波可控整流電路的特點(diǎn)2.單相橋式全控整流電路(1)帶電阻負(fù)載的工作情況a.晶閘管VT?和VT?組成一對(duì)橋臂，在正半周承受電壓u?,得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，過(guò)零時(shí)b.晶閘管VT?和VT?組成另一對(duì)橋臂，在正半周承受電壓-u2,得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，過(guò)c.晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為和；d.在u?一個(gè)周期內(nèi)，整流電壓波形脈動(dòng)2次，脈動(dòng)次數(shù)多于半波整流電路，該電路屬于雙圖3-5單相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形②數(shù)量關(guān)系a.負(fù)載電壓平均值b.負(fù)載電壓有效值c.向負(fù)載輸出電流值平均值d.向負(fù)載輸出電流有效值e.流過(guò)晶閘管電流平均值f.流過(guò)晶閘管的電流有效值為g.每個(gè)晶閘管電流有效值(2)帶阻感負(fù)載的工作情況b.假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流連續(xù)且波形近似c.u?過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感作用VT?和VT?仍流過(guò)電流id,并不關(guān)斷；a.ua平均值c.晶閘管移相范圍為0°~90°d.晶閘管承受的最大正反向電壓均為e.晶閘管導(dǎo)通角θ與α無(wú)關(guān)，均為180°f.變壓器二次側(cè)電流波形為正負(fù)各180圖3-6單相橋式全控整流(3)帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況a.二=時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能；b.晶閘管導(dǎo)通之后，直至，即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后;c.與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度δ停止導(dǎo)電，δ稱為停止導(dǎo)電角圖3-7單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)一電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形a.當(dāng)觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，不導(dǎo)通；b.觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)時(shí)刻有晶閘管開(kāi)始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然①失控現(xiàn)象圖3-8單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載串平波電抗器3.單相全波可控整流電路圖3-9單相全波可控整流電路及波形(1)單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料消耗多；(2)單相全波只用兩個(gè)晶閘管，但晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的兩倍；(3)單相全波導(dǎo)電回路中只含一個(gè)晶閘管，比單相橋少一個(gè)，因而管壓降也少一個(gè)；(4)單相全波電路有利于在低輸出電壓的場(chǎng)合應(yīng)用。4.單相橋式半控整流電路(1)帶電感負(fù)載(不考慮VDR)每一個(gè)導(dǎo)電回路由1個(gè)晶閘管和1個(gè)二極管構(gòu)成。b.u?過(guò)零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，VT?繼續(xù)導(dǎo)通。但因a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，c.在U?負(fù)半周觸發(fā)角α?xí)r刻觸發(fā)-莊導(dǎo)通，則向VT?加反壓使之關(guān)斷，u?經(jīng)VT?和VD?(2)續(xù)流二極管而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ua成為正弦半波，即半周期ua為正弦，另外半周期ua②續(xù)流二極管的作用a.有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過(guò)程由VDR完成，避免了失控現(xiàn)象；b.續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個(gè)管壓降，少了一個(gè)管壓降，有利于降低損耗。圖3-10單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管、阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形圖3-11單相橋式半控整流電路的另一接法(3)單相橋式半控整流電路另一種接法①把為二極管VD?和VD?,這樣可以省去續(xù)流二極管VDR,續(xù)流由VD?和VD?來(lái)實(shí)現(xiàn)；1.三相半波可控整流電路(1)電阻負(fù)載a.為得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波流入電b.三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，按共陰極接法聯(lián)結(jié)，這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便；c.假設(shè)晶閘管為二級(jí)管，三個(gè)二極管對(duì)應(yīng)相電壓哪一個(gè)值最大，則該相對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通，輸出整流電壓即為該相相電壓。②自然換相點(diǎn)在相電壓的交點(diǎn)處，均出現(xiàn)了二極管換相，這些交點(diǎn)為自然換相點(diǎn)。圖3-12三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)③工作原理分析d.一周期中=輪流導(dǎo)通，每管各導(dǎo)通120°,ua波形為三個(gè)相電壓在正半周期e.變壓器二次側(cè)a相繞組和晶閘管VT?的電流波形，另兩相電流波形形狀相同，相位依次滯后120°,可見(jiàn)變壓器二次繞組電流有直流分量；f.晶閘管的電壓波形由三段組成：第1段，VT?導(dǎo)通期間，為一管壓降，可近似為一B=;第2段，在VT?1關(guān)斷后，VT?導(dǎo)通期間，,為一段線電壓；第3段，在VT?導(dǎo)通期間，為另一段線電壓。圖3-13三相半波可控整流電路電阻負(fù)載α=30°時(shí)的波形a.電阻負(fù)載時(shí)α角的移相范圍為0～150°b.整流電壓平均值的計(jì)算圖3-15三相半波可控整流電路Ua/U?與α的關(guān)系1-電阻負(fù)載2-電感負(fù)載3-電阻電感負(fù)載e.流過(guò)晶閘管電流有效值和變壓器副邊繞組中電流有效值圖3-16三相半波可控整流電路阻感負(fù)載時(shí)的電路(2)阻感負(fù)載b.二時(shí)，整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同，因?yàn)閮煞N負(fù)載情況下，負(fù)載電流均連續(xù)；當(dāng)u?過(guò)零時(shí)，VT?導(dǎo)通，直到VT?的觸發(fā)脈沖到來(lái)，才換流，由VT?導(dǎo)通向負(fù)載供電，同d.阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為二。a.輸出電壓平均值b.負(fù)載電流平均值c.變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值d.由此可求出晶閘管的額定電流e.晶閘管最大正反向電壓峰值2.三相橋式全控整流電路(1)原理圖分析①陰極連接在一起的三個(gè)晶閘管==稱為共陰極組；陽(yáng)極連接在一起的三個(gè)晶閘管稱為共陽(yáng)極組；②共陰極組中與a、b、c三相電源相接的三個(gè)晶閘管分別為=陽(yáng)極組中與a、b、c三相電源相接的三個(gè)晶閘管分別為；③晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?2)帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況b.輸出電壓波形均連續(xù)，輸出電流和輸出電壓波形形狀相同；c.時(shí)，輸出電壓為線電壓在正半周的包絡(luò)線；d.一時(shí)，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30°,輸出電壓平均值降低；e.時(shí)，輸出電壓波形中，每段線電壓波形繼續(xù)向后移，平均值繼續(xù)降低，輸出電壓圖3-18三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=0°時(shí)的波形a.共陰極組晶閘管導(dǎo)通時(shí)，uai為相電壓在正半周的壓在負(fù)半周的包絡(luò)線，總的整流輸出電壓一=,為線電壓在正半周的包絡(luò)線；b.共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對(duì)應(yīng)的是最大(正得最多)的相電壓，共陽(yáng)極組中處于通態(tài)的晶閘管對(duì)應(yīng)的是最小(負(fù)得最多)的相電壓，ua為這兩個(gè)相電壓相減；c.六個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閍.每個(gè)時(shí)刻均需兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，共陰極組和共陽(yáng)極組各一b.六個(gè)晶閘管的脈沖按一T的順序，相位依次差60°;共陰極c.整流輸出電壓ua一周期脈動(dòng)六次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，稱為六脈波整流電路；d.在整流電路合閘啟動(dòng)過(guò)程中或電流斷續(xù)時(shí)，為確保電路的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的圖3-19三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載圖3-20三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載圖3-21三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載(3)阻感負(fù)載時(shí)的工作情況電路分析①a≤60°時(shí)，電路工作情況與帶電阻負(fù)載相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓波形、晶閘管承受的電壓波形相同；區(qū)別在于由于負(fù)載不同，負(fù)載電流ia波形不同，電阻負(fù)載時(shí)ia波形與ua波形形狀一樣；②α>60°時(shí)，由于電感的作用，輸出電壓波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。圖3-22三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載圖3-23三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載圖3-24三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載(4)基本數(shù)量關(guān)系①帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路α角的移相范圍是120°,帶阻感負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路α角移相范圍是90°;②整流輸出電壓平均值b.帶電阻負(fù)載且α>60°時(shí)c.輸出電流平均值為d.當(dāng)整流變壓器為星形接法，帶阻感負(fù)載時(shí)，變壓器二次電流波形為正負(fù)半周各寬120°、e.三相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)的Ia為1.變壓器漏感變壓器繞組有漏感，可用一個(gè)集中電感LB表示，電感對(duì)電流變換器阻礙作用，電感電流不2.換相過(guò)程以及有關(guān)參量計(jì)算圖3-25考慮變壓器漏感時(shí)的三相半波可控整流(1)分析從VT?換相至VT?的過(guò)程①在ot?時(shí)刻之前VT?導(dǎo)通，ot1時(shí)刻觸發(fā)廣導(dǎo)通，a、b兩相均有漏感，均不能突變，VT?和VT?同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于將兩相短路，兩相間電壓差為，它在兩組回路中產(chǎn)生環(huán)流ik;②是逐漸增大的，而是逐漸減小的；③當(dāng)ik增大到等于Ia時(shí)，關(guān)斷，換流過(guò)程結(jié)束；(2)基本數(shù)量關(guān)系③換相重疊角γ④γ隨其他參數(shù)變化的規(guī)律為a.Ia越大，則γ越大表3-2各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算(3)變壓器漏感對(duì)整流電路影響①出現(xiàn)換相重疊角γ,整流輸出電壓平均值Ua降低；②整流電路的工作狀態(tài)增多；③晶閘管減小，有利于晶閘管的安全開(kāi)通；④換相時(shí)晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的，可能使晶閘管誤導(dǎo)通；⑤換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。四、電容濾波的不可控整流電路1.電容濾波的單相不可控整流電路(1)工作原理及波形分析圖3-26電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形①基本工作過(guò)程放電，提供負(fù)載所需電流，同時(shí)ua下降；b.至之后，u?將要超過(guò)ud,使得VD?和VD?開(kāi)通，三，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電；c.電容被充電到時(shí)，,VD?和VD?關(guān)斷。電容開(kāi)始以時(shí)間常數(shù)RC按指數(shù)函數(shù)放電；降至開(kāi)始充電時(shí)的初值一，另一對(duì)二極管VD?和VD?導(dǎo)通，此后u?又向C充電，與u?正半周的情況一樣。②8和θ確定在VD?和VD?導(dǎo)通期間c.θ角確定方法一(2)主要的數(shù)量關(guān)系圖3-28電容濾波的單相不可控整流電路a.空載時(shí)；b.重載時(shí)，Ua逐漸趨近于0.9U?,趨近于電阻負(fù)載時(shí)的特性。通常在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)載的情a.輸出電流平均值Ir為b.二極管的電流ivp平均值為③二極管承受的電壓二極管承受的反向電壓最大值為變壓器二次電壓最大值，即廟。(3)感容濾波的單相橋式不可控整流電路圖3-9感容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形2.電容濾波的三相不可控整流電路(1)基本原理圖3-30電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形(2)電流的斷續(xù)和連續(xù)①在VD?和VD?同時(shí)導(dǎo)通之前VD?和VD?是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流ia是斷續(xù)③VD?和VD?同時(shí)導(dǎo)通的階段與VD?和VD?同時(shí)導(dǎo)通的階段在=處恰好銜接起=的時(shí)刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有④只有R是可變的，反映了負(fù)載的輕重，因此在輕載時(shí)直流側(cè)獲得的充圖3-31電容濾波的三相橋式整流電路當(dāng)二=時(shí)電流波形(3)考慮電感圖3-32考慮電感時(shí)電容濾波的三相橋式整流電路及其波形(4)主要數(shù)量關(guān)系在之間變化；②電流平均值輸出電流平均值仁二極管承受的最大反向電壓為線電壓的峰值，為-自。1.基本概念(1)無(wú)功功率的危害(2)諧波的危害2.諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)(1)諧波基本概念②非正弦電壓u(ot),分解為傅里葉級(jí)數(shù)式中或諧波：頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量；(2)功率因數(shù)a.有功功率b.視在功率c.無(wú)功功率d.功率因數(shù)A:有功功率P和視在功率S的比值e.無(wú)功功率Q與有功功率P、視在功率S關(guān)系f.在正弦電路中，功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差決定a.有功功率b.功率因數(shù)c.無(wú)功功率d.畸變功率D3.帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析(1)單相橋式全控整流電路a.基波電流有效值b.基波因數(shù)c.位移因數(shù)d.功率因數(shù)(2)三相橋式全控整流電路電流基波和各次諧波有效值「分別為結(jié)論：電流中僅含6k±1(k為正整數(shù))次諧波，各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。③功率因數(shù)a.基波因數(shù)b.位移因數(shù)4.電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析(1)單相橋式不可控整流電路①采用感容濾波②電容濾波的單相不可控整流電路交流側(cè)諧波組成規(guī)律a.諧波次數(shù)為奇次；b.諧波次數(shù)越高，諧波幅值越??；c.諧波與基波的關(guān)系是不固定的；d.>后越大，則諧波越小。③關(guān)于功率因數(shù)的結(jié)論a.位移因數(shù)接近1,輕載超前，重載滯后；b.諧波大小受負(fù)載和濾波電感的影響。(2)三相橋式不可控整流電路①有濾波電感②交流側(cè)諧波組成規(guī)律b.諧波次數(shù)越高，諧波幅值越??；c.諧波與基波的關(guān)系是不固定的。③功率因數(shù)的結(jié)論a.位移因數(shù)通常是滯后的，但與單相時(shí)相比，位移因數(shù)更接近1;b.隨負(fù)載加重(oRC減小),總的功率因數(shù)提高；同時(shí)，隨濾波電感加大，總功率因數(shù)也提高。5.整流輸出電壓和電流的諧波分析(1)整流電路的輸出電壓是周期性的非正弦函數(shù)，其中主要成分為直流，同時(shí)包含各種頻率的諧波，這些諧波對(duì)于負(fù)載的工作是不利的。(2)當(dāng)α=0°時(shí)，m脈波整流電路的整流電壓和整流電路的諧波分析①整流電壓得且表3-3不同脈波數(shù)m時(shí)的電壓紋波因數(shù)值當(dāng)負(fù)載為R、L和反電動(dòng)勢(shì)E串聯(lián)時(shí)，上式中a.m脈波整流電壓uao的諧波次數(shù)為mk(k=1,2,3,.….)次，即m的倍數(shù)次，整流電流的諧波由整流電壓的諧波決定，也為mk次；b.當(dāng)m一定時(shí)，隨諧波次數(shù)增大，諧波幅值迅速減小，最低次(m次)諧波是最主要的，其他次數(shù)的諧波較少；當(dāng)負(fù)載中有電感時(shí)，負(fù)載電流諧波幅值d的減小更迅速；c.m增加時(shí)，最低次諧波次數(shù)增大，且幅值迅速減小，電壓(3)α不為0°,m脈波整流電路的整流電壓和整流電路的諧波分析圖3-34三相全控橋電流連續(xù)時(shí)以n為參變量的②n次諧波幅值對(duì)α的關(guān)系b.當(dāng)α從90°~180°之間，電路工作于有源逆變狀態(tài)，底的諧波幅值隨α增大而減小。1.帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路(1)電路分析圖3-35帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路圖3-36雙反星形電路，α=0°時(shí)兩組整流電壓、電流(2)平衡電抗器①接平衡電抗器的原因a.兩個(gè)直流電源并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，只有當(dāng)兩個(gè)電源的電壓平均值和瞬時(shí)值均相等時(shí)，才能使負(fù)b.在雙反星形電路中，兩組整流電壓的平均值和>后是相等的，但是它們的脈動(dòng)波相差c.兩個(gè)星形的中點(diǎn)匡和2匡間的電壓等于>匡和>畫之差，電壓加在平衡電抗器上，產(chǎn)生電流，它通過(guò)兩組星形自成回路，不流到負(fù)載中去，稱為環(huán)流或平衡電流；d.為了使兩組電流盡可能平均分配，一般使住值足夠大，以便限制環(huán)流在其負(fù)載額定電流的1%～2%以內(nèi)；e.雙反星形電路中，如不接平衡電抗器，即成為六相半波整流電路；f.在任一瞬間只能有一個(gè)晶閘管導(dǎo)電，其余五個(gè)晶閘管均承受反壓而阻斷，每個(gè)管子最大比三相半波時(shí)的>略大些，變壓器利用率低，故極少采用。a.平衡電抗器承擔(dān)了>e間的電位差，它補(bǔ)償了匡和E的電動(dòng)勢(shì)差，使得年和>相而同時(shí)導(dǎo)通；e.,流經(jīng)作相的電流減小，但作有阻止此電流減小的作用，三的極性反向，仍g.平衡電抗器中點(diǎn)作為整流電壓輸出的負(fù)端，其輸出的整流電壓瞬時(shí)值為兩組三相半波整圖3-37平衡電抗器作用下輸出電壓波形和圖3-38平衡電抗器作用下兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)電的情況(3)諧波分析得②負(fù)載電壓ua中的諧波分量比直流分量要小得多，而且最低次諧波為六次諧波①先求出兩組三相半波電路的后和三波形，然后做出波形>一；⑤整流電壓平均值(5)雙反星形電路與三相橋式電路進(jìn)行比較②當(dāng)匡相等時(shí)，雙反星形電路的后是三相橋式的1/2,而作是三相橋式電路的兩倍；③晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系是一樣的，和的波形形狀一樣。2.多重化整流電路(1)移相多重聯(lián)結(jié)圖3-40并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路圖3-42移相30°串聯(lián)二重聯(lián)結(jié)電路的輸入電流波形c.基波幅值-和n次諧波幅值店即輸入電流諧波次數(shù)為12k±1,其幅值與次數(shù)成反比而降低。d.其他特性1(單橋時(shí)相同)a.利用變壓器二次繞阻接法的不同，互相錯(cuò)開(kāi)20°,采用曲折接法；b.串聯(lián)三重聯(lián)結(jié)電路的整流電壓ua在每個(gè)電源周期內(nèi)脈動(dòng)18次，故此電路為18脈波整流c.輸入位移因數(shù)和功率因數(shù)b.24脈波整流電路。其交流側(cè)輸入電流諧波次數(shù)為24k±1,k=1,2,3,…。c.輸入位移因數(shù)、功率因數(shù)(2)多重聯(lián)結(jié)電路的順序控制a.這種控制方法只對(duì)多重聯(lián)結(jié)的各整流橋中一個(gè)橋的α角進(jìn)行控制，其余各橋的工作狀態(tài)則根據(jù)需要輸出的整流電壓而定，或者不工作而使該橋輸出直流電壓為零，或者α=0而使b.根據(jù)所需總直流輸出電壓從低到高的變化，按順序依次對(duì)各橋進(jìn)行控制，因而被稱為順a.當(dāng)需要輸出的直流電壓低于1/3最高電壓時(shí)，只對(duì)第I組橋的α角進(jìn)行控制，連續(xù)觸發(fā)b.當(dāng)需要輸出的直流電壓達(dá)到1/3最高電壓時(shí)，第I組橋的α角為0°;c.需要輸出電壓為1/3～2/3最高電壓時(shí)，第I組橋的α角固定為0°,第Ⅲ組橋的>后和信維持導(dǎo)通，使其輸出電壓為零，僅對(duì)第Ⅱ組橋的α角進(jìn)行控制；d.需要輸出電壓為2/3最高電壓以上時(shí)，第I、Ⅱ組橋的α角固定為0°,僅對(duì)第Ⅲ組橋圖3-43單相串聯(lián)三重聯(lián)結(jié)電路及順序控制時(shí)的波形a.當(dāng)電壓相位為α?xí)r，觸發(fā)>E使其導(dǎo)通并流過(guò)直流電流；b.在電壓相位為π時(shí)，觸發(fā)>后，則2后關(guān)斷，通過(guò)>E一續(xù)流，橋的輸出電壓為零而c.電壓相位為π+α?xí)r，觸發(fā)>后，則>麗關(guān)斷，由≥re二導(dǎo)通而輸出直流電壓；d.電壓相位為2π時(shí)，觸發(fā)>后，則后關(guān)斷，由2同和>后續(xù)流，橋的輸出電壓為零，直至④作用1.逆變的概念(1)名詞解釋(2)直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)①M(fèi)作電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，≥=,電流從G流向M,轉(zhuǎn)變?yōu)镸軸上輸出的機(jī)械能，Rz上是熱耗。②回饋制動(dòng)狀態(tài)，M做發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，B=,電流反向，從圖3-44直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)之問(wèn)電能的流轉(zhuǎn)(3)逆變產(chǎn)生的條件①單相全波電路分析a.電動(dòng)機(jī)M作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，全波電路應(yīng)工作在整流狀態(tài)，α的范圍在0~π/2之間，直流側(cè)輸出為正值，并且>同，輸出作，其值為圖3-45單相全波電路的整流和逆變b.一般情況下Rz值很小，因此電路經(jīng)常工作在>a一的條件下，交流電網(wǎng)輸出電功率，電c.電動(dòng)機(jī)M作發(fā)電回饋制動(dòng)運(yùn)行，晶閘管器件有單向?qū)щ娦?，電路?nèi)的方向依然不變，要改變電能的輸送方向，只能改變后的極性。d.為了防止兩電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，后應(yīng)為負(fù)值，α的范圍在π/2~π之間且>E三，才a.要有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性需和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流器直流側(cè)的平均b.要求晶閘管的控制角α>π/2,使后為負(fù)值。③注意半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓不能出現(xiàn)負(fù)值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極2.三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)(1)逆變角①通常把α>π/2時(shí)的控制角用π-α=β表示，β稱為逆變角。②逆變角大小自β=0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量。(2)基本數(shù)量關(guān)系圖3-46三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)的電壓波形3.逆變失敗與最小逆變角的限制(1)逆變失敗的概念(2)逆變失敗的原因③交流電源發(fā)生缺相或突然消失，由于直流電動(dòng)勢(shì)Em的存在，晶閘管仍可(3)考慮變壓器漏抗引起的重疊角對(duì)逆變電路換相的影響①當(dāng)逆變電路工作在β>γ時(shí)，經(jīng)過(guò)換相過(guò)程后，b相電壓ua仍高于a相電壓，所以換相晶閘管2承受反壓而重新關(guān)斷，使得應(yīng)該關(guān)斷的底不能關(guān)斷卻繼續(xù)導(dǎo)通，且a相電壓隨圖3-47交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過(guò)程的影響(3)確定最小逆變角一同的依據(jù)④設(shè)計(jì)逆變電路時(shí)，必須保證，在觸發(fā)電路中附加一保護(hù)環(huán)節(jié)，保證觸發(fā)脈沖不進(jìn)入1.同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路(1)三個(gè)基本環(huán)節(jié)(2)脈沖形成環(huán)節(jié)②控制電壓店加在基極上，電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組③脈沖前沿由作導(dǎo)通時(shí)刻確定，后(或)截止持續(xù)時(shí)間即為脈沖寬度。(4)同步環(huán)節(jié)①觸發(fā)電路與主電路的同步是指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確②鋸齒波是由開(kāi)關(guān)管來(lái)控制a.開(kāi)關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率，由同步變壓器所接的交流電壓決定；b.由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波起點(diǎn)基本是同步電壓由正變負(fù)的過(guò)零點(diǎn)；c.截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)時(shí)間就是鋸齒波寬度，其取決于充電時(shí)間常數(shù)2麗。(5)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)a.當(dāng)≥日都導(dǎo)通時(shí)，2自約為-15V,使≥都截止，沒(méi)有脈沖輸出；b.只要≥二中有一個(gè)截止，都會(huì)使變?yōu)檎妷海埂蓰悓?dǎo)通，就有脈沖輸出；c.第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的2國(guó)對(duì)應(yīng)的控制角α使沖時(shí)刻將其信號(hào)引至本相觸發(fā)單元V?的基極，使V?瞬時(shí)截止，于是本相觸發(fā)單元的V?管d.在三相橋式全控整流電路中，器件的導(dǎo)通次序?yàn)門,彼此間隔60°,相鄰器件成雙接通。因此觸發(fā)電路中雙脈沖環(huán)節(jié)的接線方式為：以VT?器件的觸發(fā)單元而言，圖3-48電路中的Y端應(yīng)該接VT?器件觸發(fā)單元電路的X端，因?yàn)閂T?器件的第一個(gè)脈沖比VT?器件的第一個(gè)脈沖滯后60°。所以當(dāng)VT?觸發(fā)單元電路的V?由截止變導(dǎo)通2.集成觸發(fā)器(1)集成電路特點(diǎn)(3)完整的三相全控橋觸發(fā)電路圖3-51三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路(4)模擬觸發(fā)電路與數(shù)字觸發(fā)電路3.觸發(fā)電路的定相(1)概念(2)過(guò)程圖3-52三相全控橋中主電路電壓與同步電壓關(guān)系示意圖a.>所接主電路電壓為，回的觸發(fā)脈沖從0°至180°的范圍為≥B應(yīng)滯后于>。主電路整流變壓器TR為Dy11聯(lián)結(jié)，同步變壓器TS為Dy5y11聯(lián)結(jié)。圖3-53同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖表3-4三相全控橋各晶閘管的同步電壓(采用圖3-55變壓器接法)表3-5三相橋各晶閘管的同步電壓(有R-C濾波滯后60°)1.單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電，,求當(dāng)α=0°和60°時(shí)的負(fù)載電流巨，并畫出與E波形。解：(1)當(dāng)α=0°時(shí)在電源電壓u?的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感L儲(chǔ)能，在晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零；在電源電壓u?的負(fù)半周期，負(fù)載電感L釋放能量，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。因此，在電源電壓u?的一個(gè)周期里，有以下方程ua與ia的波形如圖3-1所示(2)當(dāng)α=60°時(shí)在u?正半周期60°~180°期間晶閘管導(dǎo)通使電感L儲(chǔ)能，電感L儲(chǔ)藏的能量在u?負(fù)半周期此時(shí)ua與ia的波形如圖3-2所示圖3-2α=60°時(shí)，ua與ia的波形圖題嗎?試說(shuō)明：圖3-3單相全波可控整流電路及波形①晶閘管承受的最大正反向電壓；②當(dāng)負(fù)載為電阻或電感時(shí)，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)相同。解：(1)具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，該變壓器沒(méi)有直流磁化的問(wèn)題。原因如下：因?yàn)閱蜗嗳煽卣麟娐纷儔浩鞫螠y(cè)繞組中，正負(fù)半周內(nèi)上下繞組內(nèi)電流的方向相反，波形對(duì)稱，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不會(huì)有直流磁化的問(wèn)題。(2)以下分析晶閘管承受最大反向電壓及輸出電壓和電流波形的情況。①以晶閘管VT?為例當(dāng)VT?導(dǎo)通時(shí)，晶閘管VT?通過(guò)VT?與2個(gè)變壓器二次繞組并聯(lián)，所以VT?承受的最大電②當(dāng)單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角α相同時(shí)。a.對(duì)于電阻負(fù)載：第一，0~α期間無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0;第二，a~π期間，單相全波電路中VT?導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT?、VT?導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓u2相等；第三，π~π+α期間，均無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0;第四，π+α~2π期間，單相全波電路中VT?導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT?、VT?導(dǎo)通，輸出電壓等于-u2。b.對(duì)于電感負(fù)載：第一，a~π+α期間，單相全波電路中VT?導(dǎo)通，單相全控橋電路中VTi、VT?導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓u?相等；第二，π+a~2π+α期間，單相全波電路中VT?導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT?、VT?導(dǎo)通，輸出波形等于-u??？梢?jiàn)，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負(fù)載上時(shí)，則輸出電流也相同。②求整流輸出平均電壓Ua、電流Ia以及變壓器二次電流有效值I?;③考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：(1)ua、id和i?的波形圖如圖3-4所示圖3-4ud、ia、和i?的波形圖(2)輸出平均電壓Ua、電流Ia、變壓器二次電流有效值I?分別為(3)晶閘管承受的最大反向電壓為考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。流過(guò)晶閘管的電流有效值為晶閘管的額定電流為具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。4.單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載，畫出整流二極管在一周期內(nèi)承受的電壓波形。解：注意到二極管的特點(diǎn)：承受電壓為正即導(dǎo)通。因此，二極管承受的電壓不會(huì)出現(xiàn)正的部分。在電路中器件均不導(dǎo)通的階段，交流電源電壓由晶閘管平衡。整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形如圖3-5所示圖3-5整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形圖5.單相橋式全控整流電路，作=200V,負(fù)載中R=2Q,L值極大，反電動(dòng)勢(shì)E=100V,①畫出一三和年的波形；解解：(1)ua、ia和i?的波形如圖3-6所示(2)整流輸出平均電壓Ua為電流Ia為Ia=(Ud-E)/R=(127.28-100)/2=變壓器二次側(cè)電流有效值I?分別為(3)晶閘管承受的最大反向電壓為6.晶閘管串聯(lián)的單相半控橋(橋中二==為晶閘管)電路如圖3-7所示，U?=100W,的波形。圖3-7單相橋式半控整流電路的另一種接法7.在三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖消失，試畫出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓莊的波形。圖3-9負(fù)載為電阻時(shí)，ua的波形圖當(dāng)負(fù)載為電感時(shí)，ua的波形如圖3-10所示圖3-10負(fù)載為電感時(shí)，ua的波形圖8.三相半波整流電路，可以將整流變壓器的二次繞組分為兩段成為曲折接法，每段的電動(dòng)勢(shì)相同，其分段布置及其矢量如圖3-11所示，此時(shí)線圈的繞組增加了一些，銅的用料約增加10%,問(wèn)變壓器鐵心是否被直流磁化，為什么?圖3-11變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖(1)變壓器二次繞組在一個(gè)周期內(nèi)③當(dāng)bia?對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，b?的電流向下流，a?的電流向上流。(2)就變壓器的一次繞組而言，每一周期中有兩段時(shí)間(各為120°)由電流流過(guò)，流過(guò)的電流大小相等而方向相反。故一周期內(nèi)流過(guò)的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會(huì)被直流磁化。9.三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法，a、b兩相的自然換相點(diǎn)是同一點(diǎn)嗎?如果不是，它們?cè)谙辔簧喜疃嗌俣?答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法時(shí)：(1)a、b兩相之間換相的自然換相點(diǎn)不是同一點(diǎn)；(2)它們?cè)谙辔簧舷嗖?80°。10.有兩組三相半波可控整流電路，一組是共陰極接法，一組是共陽(yáng)極接法，如果它們的觸發(fā)角都是α,那么共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽(yáng)極組的觸發(fā)脈沖對(duì)同一相來(lái)說(shuō)，例如都是a相，在相位上差多少度?答：共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽(yáng)極組的觸發(fā)脈沖對(duì)同一相來(lái)說(shuō)，在相位上差180°。11.三相半波可控整流電路，二=,帶電阻電感負(fù)載，R=5Q,L值極大，當(dāng)α=60°時(shí)，要求：解：(1)ua、ia和ivT?的波形如圖3-12所示圖3-12ua、ia和ivT1的波形圖(2)負(fù)載電壓的平均值為負(fù)載電流的平均值為流過(guò)晶閘管的額定電流為流過(guò)晶閘管電流的有效值為壓-巨波形如何?如果有一個(gè)晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響?圖3-13整流電壓ua波形圖(2)假設(shè)VT?被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管VT?或VTs導(dǎo)通時(shí)，將發(fā)生電源相間短路，使得13.三相橋式全控整流電路，二一，帶電阻電感負(fù)載，R=5Ω,L值極大，當(dāng)α=60°(2)負(fù)載電壓的平均值為14.單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，當(dāng)α=60°時(shí)求一與γ的數(shù)值，并畫出整流電壓罪的波形。解：考慮LB時(shí)，有整流電壓Ua的波形如圖3-15所示圖3-15整流電壓Ua的波形圖的值并畫出麗與和-的波形。解：考慮LB時(shí)，有的值并畫出麗與和-的波形。解方程組得又有得出換流重疊角為ud、ivTI和ivT?的波形如圖3-16所示圖3-16ua、ivT?和ivT?的波形圖16.三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載，,求-巨和γ的值并畫出一和年的波形。解：三相橋式不可控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整流電路α=0°時(shí)的情況解方程組得即得出ud、ivpI和i?的波形如圖3-17所示圖3-17ua、ivpi和i?的波形圖17.三相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，□,當(dāng)①和②情況下分別求的值，后者還應(yīng)求γ并分別畫出與F的波形。又有18.單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波?其中幅值最大的是哪一次?變壓器二次電流中含有哪些次數(shù)的諧波?其中主要的是哪幾次?答：(1)單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有2k(k=1、2、3.…)次諧波，其中幅值最大的是2次諧波；(2)變壓器二次側(cè)電流中含有2k+1(k=1、2、3)次諧波，其中主要的有3次、5次諧波.19.三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波?其中幅值最大的是哪一次?變壓器二次電流中含有哪些次數(shù)的諧波?其中主要的是哪幾次?答：(1)三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6k(k=1、2、3)次的諧波，其中幅值最大的是6次諧波；(2)變壓器二次側(cè)電流中含有6k±1(k=1、2、3)次的諧波，其中主要的是5、7次諧波。20.試計(jì)算第3題中「的3、5、7次諧波分量的有效值=。解：在第3題中已知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為于是可得3、5、7次諧波分量的有效值為21.試計(jì)算第13題中F的5、7